烟台西门子模块代理商交换机供应商

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PLC与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电接触器控制是按“并行”方式工作的，即以同时执行的方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个电气元件同时动作。而PLC采用串行循环扫描的工作方式，所谓扫描，就是CPU从条指令开始执行程序，直到后一条指令（结束指令）。扫描过程大致分为以下三个阶段。

 (1)输入采样（刷新）阶段

 在n个扫描周期，进行的是读入现场信号，即输入采样阶段，PLC依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入输入映象寄存器区（存储器输入暂存区）中相应的单元内。输入采样阶段结束后，如果输入状态和数据发生变化，PLC也暂不响应，输入映象寄存器区中相应单元的状态和数据保持不变，要等到n+1个扫描周期才能读入。

    (2)用户程序执行阶段

    各PLC生产厂家针对继电器控制电路（电气控制原理图）的特点，开发了简单易学的梯形图，这种编程语言具有形象和直观的特点。在用户程序执行阶段，CPU将指令逐条调出并执行，其过程是从梯形图的1个梯级开始自上而下依次扫描用户程序，在每一个梯级内，又总是按先左后右、先上后下的顺序扫描用户程序。梯形图指令是与梯形图上的条件相适应的指令。每个指令需要一行助记符代码，程序以助记符形式存储在存储器中。在执行指令时，从输入映象寄存器或输出映象寄存器中读取状态和数据，并依照指令进行逻辑运算和算术运算，运算的存入输出映象寄存器区中相应的单元。在这一阶段，除了输入映象寄存器的内容保持不变外，其他映象寄存器的内容会随着程序的执行而变化，排在上面的梯形图指令的执行结果会对排在下面的、凡是用到的状态或数据的梯形图指令起作用。

    (3)输出刷新阶段

    输出刷新阶段也称写输出阶段，CPU将输出映象寄存器的状态和数据传送到输出锁存器，再经输出电路的隔离和功率放大，转换成适合于被控制装置接收的电压或电流或脉冲信号，驱动接触器、电磁铁、电磁阀及各种执行器，此时才是PLC真正的输出。

PLC的一个扫描过程除了完成上述三个阶段的任务外，还要完成内部诊断、通信、公共处理，以及I/O服务等辅助任务。普通继电器的动作时间大于100 ms，一般PLC的一个扫描周期小于100 ms。例如，欧姆龙CJ1系列PLC执行30000步程序的扫描周期仅为1.2 ms。

    对于继电器控制电路，根据工艺要求，操作人员可以随时进行操作，因此，PLC只扫描一个周期是无法满足要求的，周而复始地进行扫描，这就是循环扫描。在扫描时间小于继电器动作时间的情况下，继电器硬逻辑电路的并行工作方式和PLC的串行工作方式的处理结果是相同的。但是，PLC的这种“串行”工作方式可以有效地避免继电接触器控制系统中易出现的触点竞争和时序失配的问题。

    现以欧姆龙小型机CPIH PLC为例，介绍其工作过程，如图1-7所示。

图1-7   CPIH PLC的工作过程

    系统上电以后，CPU进行初始化工作，即检查系统中的I/O单元是否连接正确，然后检查系统硬件与程序存储器单元是否正常，如果正常则自检通过，可执行后续功能。若自检中有一项不通过，则发出报警信号。

CPIH PLC有两种报警情况：一种情况是CPU只发出报警信号，但不中止运行，CPU面板上的ALARM指示灯闪烁；另一种情况是导致CPU中止运行的严重错误，此时CPU面板上的ERROR指示灯常亮，直至用户排除故障为止。

    CPU完成自检以后执行用户程序，从梯形图左母线开始由上至下、由左向右逐个扫描每个梯级的每个元素，进行运算，此时CPU只与映象区进行数据交换，读取输入数据，送出输出信号。当CPU执行到END指令时，表示程序段结束，则此次扫描用户程序结束。

    CPU计算扫描一次用户程序的时间是否过预置的小扫描周期，如果限系统将报警。接着CPU执行I/O操作，这时才与外部I/O设备交换数据，从输入单元的端子上渎取输入信号状态并刷新映象区的输入部分，把映象区中输出寄存器的输出信号输出到输出单元的端子上，控制外部设备。

    后，CPU还要执行外围设备服务，包括RS-232C串行端口数据交换，进行上位链接服务，读取外设命令并执行，以及通信单元的链接服务等工作。

 PLC系统的设计与调试流程图如图1-11所示。

    图1-11 PLC系统的设计与调试流程图

    1．熟悉被控对象的工艺过程，分析控制要求要了解并熟悉工艺过程，应以经过优化的工艺过程为主线，进行系统硬件和软件的设计。确定被控对象的类型，从大类来划分，有离散型、连续型和混合型三大类型。例如，机械制造及汽车制造企业属于离散型制造业；石油和化工企业属于连续型流程工业；大量的中小型企业则属于混合型制造业。在离散型制造业中存在顺序控制、逻辑控制和运动控制（位置、速度及加速度等控制），以运动控制为特点；连续型流程工业则以过程控制（温度、压力、流量、物位、成分及浓度等控制）为特点；混合型制造业通常是既有运动控制又有过程控制。

    控制要求主要包括控制的基本方式、应完成的动作和自动工作循环的组成，以及必要的保护和联锁等。PLC系统的控制要求并不仅仅局限于设备或生产过程本身的控制功能，还应具有操作人员对生产过程的高水平监控与干预功能、信息处理功能和管理功能等。

    PLC对设备或生产过程的控制功能是其系统的主体部分，其他功能是附属部分。PLC系统设计应围绕主体展开，兼顾考虑附属部分。对一个较复杂的生产工艺过程，通常可将控制任务分成几个立部分，而每个部分往往又可分解为若干个具体步骤。

    2．确定I/O设备

    PLC是为顺序控制和逻辑控制等开关量控制研制的工业控制器，时至今日，PLC的长项仍是开关量控制。对于以开关量为主的控制系统．根据被控对象对PLC系统的功能要求，确定系统的输入点数和输出点数，进而选择系统所需的用户I/O设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关和传感器等；常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯和电磁阀等。

    如果有运动控制，如交流调速或直流调速系统，则可选用模拟量输出( D/A)单元，确定输出模拟量的点数。选用D/A单元时，应了解该单元是否有自己的CPU，是否能立工作，因为这关系到调速器的采样周期，采样周期一般为毫秒级。

    如果还有位置控制，可以选取位置控制单元，确定控制轴数。应了解该单元的输出是脉冲输出还是模拟量输出或两者兼有，以便与驱动器配套。还要了解交流伺服驱动器与交流伺服电动机的性能。

    如果系统还包括过程控制，如温度控制，则要选用温度控制单元，确定温度控制的点数，了解该单元的控制算法以及是否有模糊控制和自整定算法。

    3．PLC的硬件系统配置

    根据已确定的用户I/O设备，统计所需的I/0信号点数，选择合适的PLC类型，包括机型的选择、CPU的选择、容量的选择、I/O模块的选择及电源模块的选择等。

    4．分配I/O点

    分配PLC的I/O点，编制出I/O分配表或者画出I/O端子的接线图。然后就可以开始PLC程序设计，同时进行控制柜（或操作台）的设计与现场施工。

    5．设计应用系统梯形图程序

根据顺序功能块图（也称顺控图）设计梯形图（即编程）。这一步是整个应用系统的工作。要设计好梯形图，要十分熟悉控制要求，还要有一定的电气设计实践经验。本书将以“HG-09型电磁波探测器老化测试台”的控制系统为实例介绍控制程序设计方法和内容。

    6．初步调试程序

    将程序输入PLC后，应行程序的初步调试工作。由于在程序设计过程中，难免会有疏漏，在将PLC连接到现场设备之前，进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为联机调试打好基础，缩短总调试的周期。

 7．联机调试

 在PLC软硬件设计、控制柜制作及现场施工结束后，开始整个系统的联机调试。如果控制系统是由几个部分组成的，则应先做局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步骤较多，则可行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题要逐一排除，直至调试成功。

    8．编写技术文件

    系统技术文件包括功能说明书、电气原理图、电气布置图、电气元件明细表、PLC梯形图等。功能说明书是在自动化过程分解的基础上对过程的各部分进行分析，把各部分具备的功能、实现的方法和所要求的输入条件及输出，以书面形式描述出来。在完成了各部分的功能说明书后，就可以进行归纳统计，整理出系统的总体技术要求。因此，功能说明书是进行PLC系统设备选型、硬件配置、程序设计、系统调试的重要技术依据，也是PLC系统技术文档的重要组成部分。在创建功能说明书时，还可能发现过程分解中的不合理之处，此时可以及时予以修正。

好消息，今天慧博科技的何师傅又跟我们分享工控机维修跟PLC维修方法了；大概有以下几种方法，数控改造的基本方法有采用PLC、商用CNC、工控机和PC-based NC几种可能。包括PLC输入输出类记录法、硬盘备份法、备件快速替代法、关键点维修法和缺陷改进法。下面就数控维修和改造二个方面，叙述其基本方法，供大家参考。
 
一、数控改造的流程
 
数控改造流程如下：
 
1) 订购时，主要依据主轴功率、进给扭矩、安装、I/O点数等指标进行选购。如原机床有资料可参考好，如没有只能去现场实测。
 
2) 硬件联线主要应参考CNC制造商的硬件联线手册。
 
3) 梯形图开发主要参考制造商PLC编程手册。
 
4) 调试时主要依据参数手册及调试指南。
 
综上所述，CNC制造商提供的硬件联结手册、PLC编程、调试手册、参数手册是化大力气消化的。特别是次改造前。
 
随着数控系统越来越“个人计算机”化，数控调试时常用软件进行。如西门子840D，在调试前应将PG编程机和840D的PG口用MPI电缆(多端通信接口)连结。调试内容有两个，一个是PLC基本程序应用——MCP(机床控制面板)和轴使能，二个是机床数据MD(即机床参数)调整。
 
 
二、数控维修的基本方法
 
 2.1 “集体会诊”法
 
由主管人员主持，召集工艺、设备、操作等方面的人员进行会诊，各人提个人的方案，逐一排查，进行解决。该方法在外资公司经常采用。
 
 2.2 PLC输入输出点记录法(PLC I/O LED photo record)
 
在以往的维修中，我们发现很多设备的故障发生在上班开机时。其实设备并没有硬件故障，往往是由于操作不当或其他原因造成PLC输入信号丢失。虽然故障不大，但查找起来也比较费事。为此，我们用数码相机将正常时PLC上的输入输出指示灯情况拍摄下来，并打印出来贴在PLC旁边。这样，一旦出现类似问题，维修工只要对照照片，就能很快查出问题，甚至有时操作工都能据此发现问题。用数码相机的好处是可以将图片保存在微机中，方便分类管理和长期保存。这种照片记录对照法，我们还用在一些可调阀门、限位开关和机械定位装置上，对指导操作和维修起到了很好的作用。
 
2.3 硬盘备份法(hard disk backup)
 
现有的很多设备都采用了工业微机作为上位机控制装置或人机界面。微机的故障80%以上是软件故障。以前，出现软件故障往往请计算机技术人员前来维修，一般是重新安装系统，非常耗时。我们现在采用的硬盘备份法就是预先购置一块与原机相同或相似的新硬盘，用Ghost或类似软件将原机的所有硬盘数据包括系统全部拷贝在新硬盘上，作为备份。一旦出现软件故障，只要简便地将备份硬盘换上即可，大大缩短了维修时间。而且还能预防真正的硬盘损坏。这样的工作一般维修工即可完成。
 
2.4 备件快速替代法(spare parts rapid replacement)
 
由于电子元器件发展相当，一些电气备件新换代得很快。如变频器等高科技产品几乎两三年就新换代一次。因此，备件在采购时很难买到与原来相同的型号，有时还可能购买不同公司的产品。对于这些备件的换，一般维修工有一定的难度，特别是像变频器，若换不同厂家的产品，不但硬件接线上有所不同，而且参数的设定也不一样。为保维修工能准确快速换，我们事先根据现场使用的变频器和备件库现存变频器的技术参数，画一张直接替换的操作流程图和参数设定表发到各维修工手中，并贴在现场变频器旁边。其他复杂备件也采用类似方法，有效缩短了备件替换时间。
 
2.5 关键点维修法(key point checking and main taining)
 
如何利用人数有限的维修人员地保设备正常运转，是我们设备管理人员研究的课题。很多大型设备、生产线可能出现故障的部位面多而广，维修工在巡检时要想面面俱到是很困难的。相反很多维修工常常是不得要领，在一些次要问题上花费很多精力。针对这种情况，我们实施了一种名为“点检维修”的工作方法，用来指导维修工日常的巡检和维修。这种方法就是根据每台设备的不同情况，列出几处为关键的部分，以图表形式下发到相关维修工，要求每天对这几处进行巡视检查，发现异常及时维修，了较好效果。在点检表时，注意以下两点。
 
1)关键点找得恰当、准确 我们综合了设备的技术手册、有经验维修技师的意见、以及以前设备出现故障情况这三方面来确定的。
 
2)关键点要“精”. 一般一台大型设备或500 m２范围生产线中的关键点不过10个，否则很可能流于形式。
 
2.6 缺陷改进法(defect retrofitted)
 
在长期的维修工作中，我们发觉有些设备经常出现一些重复的故障，而且随机性很强。对其进一步分析后，我们发现并确认是设备在设计制造过程中存在缺陷，仅靠维修是不能的，进行改造才能隐患。举一个比较典型的例子，某厂有一台意大利引进的冰箱内胆真空热成型机，其加热控制部分采用了一套单片机系统与一台上位微机进行联网数据交换。其经常出现的故障是单片机与微机通讯不畅，但重新上电或换一块单片机主板可能恢复正常，其中一次故障还将微机的COM1口烧坏。后来经过查找资料，我们发现是设计时采用的通讯方式不合理所致。单片机与微机采用的是RS232C方式直联，没有隔离，并且电缆长度过30 m。我们知道，RS232C通讯方式抗干扰性较差，通讯距离一般小于15 m。为此，我们对通讯电缆进行了改造，两端分别加装了ADAM公司的7520-RS485/RS232光隔转换器，使得在大部分距离内采用RS485方式传输数据，从此故障再也没有发生过。
 
2.7 实时监控法(real time monitoring)
 
数控机床经常会发生一些软故障，这对诊断带来困难。此时可采用数据采集卡等将关键点信号并实时记录，以便诊断时进行综合分析。“虚拟仪器”的出现为实时监控提供可能性。应该注意的是，该监控系统和CNC是相互立的，监控系统是终用户自制的。
 
三、数控改造的几种选择
 
3.1 采用PLC实现数控改造
 
在一些印刷、包装等对定位精度要求不是太高的场合，以及一些生产线控制场合，可采用通过PLC完成数控改造任务。此时采用的是通用型PLC，而不是数控型如FANUCPMC等。
 
目前通用型PLC功能已经很强大，包括定位模块，A/D、D/A、I/O模式，可实现许多工控场合的功能。
3.2 商用CNC(PLC)、伺服系统进行改造
 
这种方式是目前流行的改造模式。数控系统制造商提供愈来愈方便的调试方法和工具软件，以方便机床厂和改造商。
 
调试软件主要包括伺服系统适配、梯形图和机床参数。CNC制造商一般会提供光盘和调试手册。如西门子公司在出售其经济型数控802D时，会提供调试CD盘以及SINUMERIK 802D简明调试指南。美国A-B公司在销售9系列CNC时，会让用户购买ODS(offline development system)软盘及手册。该ODS可在个人计算机上进行梯形图开发、机床参数设置、零件加工程序编辑等，通过232口和CNC通讯。
 
3.3 选择工控机进行数控改造
 
不仅是金属切削机床等的数控改造，也包括过程控制、顺序控制等工控场合，可利用工控机的性，选择合适工具软件或自己开发软件进行造。
 
90年代初期，我们曾用STD工控机和4套直流伺服系统，自己开发软件造国产5040数控铣床。
 
工业控制计算机采用3台8088 CPU STD计算机组成。由通讯接口连接起来。每一台STD计算机均由若干模板组成。作为分布计算机数控的硬件支持。
 
3.4 选择PC-based CNC
 
PC-based CNC是开放式数控目前的实现方式。但距真正意义上的开放式数控还有很远距离。目前，对于“开放式结构”仍没有一致定义。某些用户认为开放式表示能够接受当地使用的通信协议；而另一些用户认为开放式意味着所有控制器操作界面一致。对机床应用工程师而言，开放式意味着对架移动、传感器和逻辑控制有标准的输入/输出接口。对大公司和大学的研究工程师来说，开放式意味着以上所有这些均来自随即拿来就用的积木块。由于来自用户和集成商的压力，开放式结构的开发正在向前发展并将继续下去。目前的一个积成果即是基于个人计算机的CNC，即PC-based CNC。目前的具体实现，其硬件组成是个人计算机加运动控制卡。软件组成主要是计算机软件平台(如WIN，DOS)加数控系统软件。美国Delta Tau公司的PMAC多轴运动控制卡的开发在这方面走得快一些，已开发出PC总线、VME总线、STD总线的PMAC卡。整个运动控制由PMAC立完成。主机上运行的软件仅为一个开发环境，负责显示、调试、零件程序编制、通讯等。PMAC运行时前台负责坐标轴运动控制，后台负责PLC。采用美国 MOTOROLA 56001 DSP作为CPU，可接直流、交流、步进电机。反馈元件可采用增量/编码器、旋转变压器、光栅尺等。
 
另一种变通做法是在硬件和软件上参照个人计算机结构，但已有了变化。比如西门子840D，按照目前MMC、CNC、PLC三位一体的数控控制机模式，在MMC上是一台标准的IPC工控机，但操作系统用的是Flex OS。CNC、PLC集中在NCU中，外围接口包括主轴、进给模块，I/O口等。840D和驱动611D之间连接通过总线进行(802D中开始使用现场总线profibus)，贴近计算机的信息传递方式。另外，由于采用操作系统Flex OS，其操作界面跟普通的个人计算机非常相似。
 
上面举的PMAC运动控制卡和西门子840D等，他们在基于个人计算机的CNC方面做了许多工作，但是距离真正的开放式还有许多路要走。
 
理想的模式应该是工控机+实时操作系统＋开发环境＋数控函数库的模式。数控控制软件应该是可以装配的，装配的对象是数控函数库中的库函数。开发环境给用户提供开发工具，将库函数纳入到实时操作系统中去。这样一来，就象是PLC程序的开发从CNC 制造商转移到机床厂、数控集成商一样，数控系统的形成亦可以从CNC制造商转移到机床厂、集成商，甚至终用户。这才是终意义上的开放式CNC。
 
四、数控维修和改造的关系
 
国内从事数控改造的工程技术人员均是搞数控维修或数控系统出身。但是做过维修和改造的人员发觉这二者之间亦还是有很多差异。
 
有的人说数控改造是维修的形式，有人说搞改造的人不一定能做好维修，而大部分搞维修的人没有做过改造。
 
应该说这二者均是数控技术服务的内容，但毕竟是两件不同的事。
 
按照中国国情，数控维修比改造要困难一点。主要是因为维修市场不成熟，备件解决困难。加上维修学科牵涉面广，不确定因素多，诊断技术和装备落后，费用偏低。而数控改造虽然所需的总体知识水平较高，但不确定因素少，相对命中率较高
用PLC实现对系统的控制是非常方便的。这是因为：PLC控制逻辑的建立是程序,用程序代替硬件接线。编程序比接线，改程序比改接线，当然要方便得多！


其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块，PLC厂家多有供应，市场上即可购得。所以，硬件系统配置与建造也非常方便。


正因如此，用可编程序控制器才有这个"可"字。对软件讲，它的程序可编，也不难编。对硬件讲，它的配置可变，而且也易于变。


具体地讲，PLC有五个方面的方便：


（1）配置方便：可接控制系统的需要确定要使用哪家的PLC，那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。


（2）安装方便：PLC硬件安装简单，组装容易。外部接线有接线器，接线简单，而且一次接好后，换模块时，把接线器安装到新模块上即可，都不必再接线。内部什么线都不要接，只要作些必要的DIP开关设定或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。


（3）编程方便：PLC内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序（软件）与系统内存，这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想象的。即使是小型的PLC，内部继电器数都可以千计，时间继电器、计数也以百计。而且，这些继电器的接点可无限次地使用。PLC内部逻辑器件之多，用户用起来已不感到有什么限制。考虑的只是入出点。而这个内部入出点即使用得再多，也无关紧要。大型PLC的控制点数可达万点以上，哪有那么大的现实系统？若实在不够，还可联网进行控制，不受什么限制。PLC的指令系统也非常丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。PLC还有存储数据的内存区，可存储控制过程的所有要保存的信息。……总之，由于PLC功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。


PLC的外设很丰富，编程器种类很多，用起来都较方便，还有数据监控器，可监控PLC的工作。使用PLC的软件也很多，不仅可用类似于继电电路设计的梯形图语言，有的还可用BASIC语言、C语言，以至于自然语言。这些也为PLC编程提供了方便。


PLC的程序也便于存储、移植及再使用。某定型产品用的PLC的程序完善之后，凡这种产品都可使用。生产一台，拷贝一份即可。这比起继电器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。


（4）维修方便：这是因为：


①PLC工作，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。这在讲述PLC的三个特点时，还将进一步介绍。


②即使PLC出现故障，维修也很方便。这是因为PLC都设有很多故障提示信号，如PLC支持内存保持数据的电池电压不足，相应的就有电压低信号指示。而且，PLC本身还可作故障情况记录。所以，PLC出了故障，很易诊断。同时，诊断出故障后排故也很简单。可按模块排故，而模块的备件市场可以买到，进行简单的换就可以。至于软件，调试好后不会出故障，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。


（5）改用方便：PLC用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的PLC还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。